Ln(RT) Vs TiempoLn(RT)TiempoSeries1

2468101214161820222426283032343638404244464850525456586062646668707274767880828486884806007208409601080120013201440156016801800

DETERMINACION DEL COEFICIENTE DETRANSFERENCIA DE CALOR

1.- OBJETIVOS:

Determinar el coeficiente conductivo de pequeos objetos de Aluminio expuestos a :

En bao de agua caliente.

En bao hirviente de agua.

En bao caliente de aceite.

Vapor escaldado.

Congelador de aire en movimiento.

Congelador de aire que esta estatico

Secador de bandejas.

Comparar los datos experimentales con los valores obtenidos utilizando las ecuaciones empricas disponibles.

Verificar la consideracin el nmero de Biot posee un valor bajo y de que existe unaregresin lineal entre Temperatura y Tiempo.

2.- FUNDAMENTO TEORICO:

El conocimiento del coeficiente de transferencia de calor es necesario en las distintas aplicaciones del proceso tales como secado, escaldado, u otras para esta consideracin sea vlido el nmero de Biot de un objeto sumergido en un fluido debe cumplir lo siguiente:

Bi =h.Lh= Coeficiente de TC por conveccin.K K= Conductividad trmica del material.L= Longitud caracterstica del objeto.

Tal es as para una esfera o cilindro su radio (v/A).Para lminas es el espesor cuando se transmite el calor en una sola cara.

Bi < 0.10 Se puede considerar que la TC por conduccin es despreciable frente a la resistencia del TC por conduccin por tanto el cambio de energa y temperatura medida en cualquier punto es igual al tubo neto de calor recibido por el objeto a travs de la resistencia interna de calor.

Bi > 0.10 Es entendido que la resistencia en el interior del objeto debe ser tenido en cuenta por lo tanto utilizamos objetos de aluminio de tamao pequeo ya que su resistencia interna se puede despreciar debido a la alta condicin trmica del aluminio. Lo que permite encontrar el coeficiente trmico del aluminio.

http://www.linkindustrial.es/web/images/stories/damero/procesos/transferencia_de_calor.png

3.- CALCULOS:

Al realizar el balance de energa que el calor transferido a travs del fluido por el calor del objeto.

Es decir:

h : es el coeficiente de transferencia decalorA : es el rea superficial de la esfera (4r2)T: es la temperatura promedio de la esferaT: es la temperatura del ambientec: es el calor especifico del material del que est hecha la esfera: es la densidad del material del que est hecha la esferaV: es el volumen del objeto estudiadot : tiempo requerido para alcanzar la temperatura (T)

La ecuacin (1) es una forma de representar la conocida leydel enfriamiento de Newton(Edwards y Penney, 1986:2) y, matemticamente constituye una ecuacin diferencial dePrimer orden con el tiempo como variable independiente. Los procesos descritos porEcuaciones de este tipo se conocen como procesos de primerorden, y su respuesta dinmicaQueda determinada por un parmetro denominado constante de tiempo,t, en unaConstante de tiempo se alcanza el 63.2% del cambio total (Smith y Corripio, 1991:96) queSe experimentara.

Separando variables en la ecuacin(1):

Asimismo, puesto que T puede suponerse constante dT = ( T1 T2)

La ecuacin (2) puede expresarse como:

Integrando en (3) entre los lmites de 0 y t para el tiempo y de To y T para la temperatura:

A partir de lapendiente se puede obtener el valor del coeficiente interno de la TC por conveccin si conocemos las dimensiones y propiedades del objeto.

Conociendo las propiedades termodinmicas del material que est construido el objeto la informacin para el clculoes el siguiente:

Conductividad Trmica del Al : 203 W/mK

Calor Especifico: 0.8960 Kj/Kg K

Densidad del Al: 2700 kg/m3

El objeto de Aluminio y la forma geomtrica elegida por su alta conductancia trmicalos objetos poseen la misma forma y dimensin de un producto real para asegurar una correcta estimacin del coeficiente del TC para aplicar en las operaciones unitarias.

4.- MATERIALES:

Bao de agua.

Objeto de aluminio.

Termo cpulas.

Balanzas.

5.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Seleccionar el objeto de aluminio como modelo experimental.

Pesar y medir las dimensiones del objeto.

Conectar la termo cpula a los objetos para la visin de los datos

Medir la temperatura inicial del objeto.

Seleccionar elobjeto del equipo experimental.

Colocar el objeto seleccionado en el fluido e iniciar el experimento tomando la temperatura cada dos minutos.

6.- RESULTADOS Y DISCUSION:

TIEMPO (s)TEMP tanque azul(C)TEMP tanque blancoRTLnRT

2995330.5043.41785782

4985430.4223.41516603

6975530.343.41246697

8955530.1763.40704691

10935630.0123.4015973

12915729.8483.39611784

14905829.7663.3933668

16905929.7663.3933668

18895929.6843.39060818

20896029.6843.39060818

22896029.6843.39060818

24886129.6023.38784193

26886129.6023.38784193

28886129.6023.38784193

30886229.6023.38784193

32886229.6023.38784193

34886329.6023.38784193

36886329.6023.38784193

38886429.6023.38784193

40886529.6023.38784193

42886629.6023.38784193

44886729.6023.38784193

46886829.6023.38784193

48886929.6023.38784193

50887029.6023.38784193

52887129.6023.38784193

54887229.6023.38784193

56897329.6843.39060818

58897429.6843.39060818

60897429.6843.39060818

62897529.6843.39060818

64897529.6843.39060818

66897629.6843.39060818

68897629.6843.39060818

70897629.6843.39060818

72897729.6843.39060818

74907729.7663.3933668

76907729.7663.3933668

78907829.7663.3933668

80907829.7663.3933668

82927929.933.39886132

84947930.0943.40432582

86947930.0943.40432582

88988030.4223.41516603

4801048030.9143.43120916

6001058830.9963.43385816

7201068931.0783.43650017

8401079031.163.43913522

9601089031.2423.44176334

10801099131.3243.44438458

12001109231.4063.44699896

13201119331.4883.44960652

14401129331.573.4522073

15601139431.6523.45480134

16801149631.7343.45738866

18001149731.7343.45738866

T1 Obj = 27CVolumen = 2cm. 1.9 cm. 5, 8 cm = 22.04 cm3 = 2, 2.10-5 m3

En la ecuacin de la grfica: y = ax + by = (6,021 . 10-4)x + 6,385

Pendiente =6,021. 10-4

Para hallar h igualamos a :

Dnde:

A= 1,9. 2 = 3,8 cm2 = (3,8. 10-4)c= 0,8960 kj/kg KDensidad = 2700v = (2,2. 10-5) m3

h= 80.53 J/m2 s C con una desviacin estndar de 17.85 J/m2 s C. Partiendo de estosResultados, con un 95% de seguridad, se puede afirmar que el valor de h se encuentraEntre 74.52 y 86.54 J/m2 s C.

Coeficiente de transferencia de calor en funcin del tiempo

Calculando la constante de tiempo, t, del proceso de enfriamiento, a partir de:

t = (crV)/ hA

Tomandoh,se calcula un valor de:

t = 183 segundos

Si se emplean los lmites inferior y superior del intervalo de confianza del 95% de h, paraCalcular la constante de tiempo,se obtiene un rango de valores de t que va de 170 a 197Segundos. El valor calculado a partir de la curva (189 segundos) est dentro de este intervalo.

El clculo del nmero de Biot en el proceso analizado para el cuerpo de aluminio obtenemos losResultados que varan de 0.00041 a 0.0016. Estos son ostensiblemente menores que 0.1, queEs el lmite abajo del cual puede considerarse apropiado el mtodo de capacidad calorficaGlobal.

Numero de Biot en funcin del tiempo

7.- CONCLUSIONES

Losresultados obtenidos en el experimento, demuestran que la resistencia a la transferenciaDe calor dentro del cuerpo de aluminio es despreciable, en (se obtuvieron valores de NBi inferiores a dos milsimas).Asimismo, la comparacin de los valores obtenidos para la constante de tiempo mediante elempleo de la curva de respuesta del proceso y los calculados empleando los coeficientes detransferencia de calor estimados con un 95% de confianza, proporciona un alto grado deConfiabilidad al experimento efectuado.Finalmente, cabe hacer notar que puede afirmarse que la transferencia de calor porConduccin representa solamente una pequea proporcin de la transferencia total de calor en el proceso, siendo ms notable en las primeras etapas del enfriamiento.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINhttp://3.bp.blogspot.com/_59isc3X5Ehk/R-KOHoTsa1I/AAAAAAAAArk/7MMHa9jb02I/s400/UNSA.gifDescripcin: http://photos-d.ak.fbcdn.net/hphotos-ak-frc3/t1/307033_404473929604423_1961911319_a.jpgFACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOSESCUELA: INGENIERIA QUIMICA

FENOMENOS DE TRANSFERENCIALABORATORIO N 4

ALUMNOS:Condori Alvarado Juan

LIMA GONZALES EMILY

Mamani Ccallo Carlos Alberto

Oblitas Fernndez Mariela

ROBLES CASANI ANTONIO

ING: MANUEL ACOSTA CALDERONFECHA: 04/11/14

AREQUIPA - PERU